JP2012500035A - Passive fluid flow regulator - Google Patents

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Abstract

流体貯留槽に接続されるのに適した流体入口と、患者の体に接続されるのに適した流体出口(13)とを有する受動タイプの流体流れ調整器(1)が、開示される。前記調整器は、剛基板(2)及び弾性膜(3)を具備し、これらが、前記剛基板と前記弾性膜との間に室(6)を画定するように共に固く連結され、前記室(6)が、前記流体出口から分離される一方で、前記膜(3)が、前記流体入口に接続される前記室(6)の反対側に第1の表面(12)を有する。前記膜(6)は、前記流体入口から前記流体出口への流体のための経路を画定するために、前記室と隣接する複数の貫通孔(15)を有し、流体が十分な圧力を前記第1の表面に印加したときに、前記基板と接触することができるように柔軟である。複数の前記貫通孔は、流体圧力が増加したときに、流体流量が所定の圧力範囲内で前記第1の表面に印加される圧力の関数としてほぼ一定となるように、調整器の流体抵抗を増加させるように順々に閉じるように構成される。  A passive fluid flow regulator (1) having a fluid inlet suitable for being connected to a fluid reservoir and a fluid outlet (13) suitable for being connected to a patient's body is disclosed. The regulator comprises a rigid substrate (2) and an elastic membrane (3), which are rigidly connected together to define a chamber (6) between the rigid substrate and the elastic membrane, (6) is separated from the fluid outlet while the membrane (3) has a first surface (12) on the opposite side of the chamber (6) connected to the fluid inlet. The membrane (6) has a plurality of through holes (15) adjacent to the chamber to define a path for fluid from the fluid inlet to the fluid outlet, so that the fluid has sufficient pressure. It is flexible so that it can contact the substrate when applied to the first surface. The plurality of through holes reduce the fluid resistance of the regulator so that when the fluid pressure increases, the fluid flow rate is substantially constant as a function of the pressure applied to the first surface within a predetermined pressure range. It is configured to close in sequence to increase.

Description

本発明は、受動流体流れ調整器に関し、さらに具体的には、薬物供給の分野で使用されるタイプの受動流体流れ調整器であって、例えば疼痛管理(pain management)のための薬物が液体又は気体である、前記調整器に関する。本発明の流れ調整器を、水頭症患者のために脳脊髄液(CSF)を排出するのに使用することもできる。本発明はさらに、そのような流体流れ調整器の製造方法と流体流れ調整器を具備する装置とに関する。   The present invention relates to a passive fluid flow regulator, and more particularly to a passive fluid flow regulator of the type used in the field of drug delivery, for example, a drug for pain management is a liquid or It is related with the said regulator which is gas. The flow regulator of the present invention can also be used to drain cerebrospinal fluid (CSF) for hydrocephalus patients. The invention further relates to a method of manufacturing such a fluid flow regulator and an apparatus comprising the fluid flow regulator.

能動薬物注入装置とは対照的に、受動薬物注入装置は、薬物を供給するのにポンプではなくむしろ圧力が印加される薬物貯留槽を用いる。こうした受動装置の公知の課題は、貯留槽内の圧力が貯留槽内に残る薬物の量に依存する限りでは、例えば患者の体である場合のある供給場所への薬物の流量がこの量に応じて変わるおそれがあることである。したがって、そのような受動装置には通常、薬物流量が貯留槽内に残っている薬物の量に対してできる限り一定であることを確保する流体流れ調整器が設けられる。   In contrast to active drug infusion devices, passive drug infusion devices use a drug reservoir where pressure is applied rather than a pump to deliver the drug. The known problem with such passive devices is that the flow rate of the drug to the supply location, which may be the patient's body, for example, depends on this amount, as long as the pressure in the reservoir depends on the amount of drug remaining in the reservoir. There is a risk of change. Accordingly, such passive devices are typically provided with a fluid flow regulator that ensures that the drug flow rate is as constant as possible relative to the amount of drug remaining in the reservoir.

そのような受動薬物流れ調整器の一例は、登録名“クロノフロー(Chronoflow)”で本願出願人によって利用可能となっており、特許文献1に開示されている。この装置は、流体貯留槽に接続されるのに適した流体入口と、患者の体に接続されるのに適した流体出口とを具備する。この装置は、剛基板及び弾性膜を具備し、これらは、剛基板と弾性膜との間に室を画定するように周囲連結部分で共に固く連結される。この室は、流体出口に接続される一方で、膜は、流体入口に接続される室の反対側に第1の表面を有する。膜は、流体入口から流体出口への流体のための経路を画定するために、室と隣接する中心貫通孔を有し、流体が第1の表面に第1の所定の閾値よりも大きい圧力を印加した場合に、基板と接触することができるように柔軟である。膜が膜の中心貫通孔の領域で基板に接触することになるときに、このことにより当該貫通孔が塞がれ、流体が貫通孔を通過して流れることが防がれることとなる。   An example of such a passive drug flow regulator is available by the Applicant under the registered name “Chronoflow” and is disclosed in US Pat. The device comprises a fluid inlet suitable for connection to a fluid reservoir and a fluid outlet suitable for connection to a patient's body. The device comprises a rigid substrate and an elastic membrane, which are rigidly connected together at a peripheral connection portion so as to define a chamber between the rigid substrate and the elastic membrane. The chamber is connected to the fluid outlet, while the membrane has a first surface on the opposite side of the chamber connected to the fluid inlet. The membrane has a central through hole adjacent to the chamber to define a path for fluid from the fluid inlet to the fluid outlet so that the fluid exerts a pressure on the first surface that is greater than a first predetermined threshold. It is flexible so that it can contact the substrate when applied. When the membrane comes into contact with the substrate in the region of the central through-hole of the membrane, this closes the through-hole and prevents fluid from flowing through the through-hole.

この装置はさらに、膜の中心貫通孔に対向する入口と装置の出口に接続される出口とを有する、基板にエッチングされた流れ調整器開通路を具備する。この通路は、らせん曲線の形状であり、その結果、圧力が膜に対して印加されれば印加されるほど、ますます通路を閉じ、それにより、室から出る道を探すために室内で流体を流れさせる。その結果、膜に印加される圧力が増加すると、流れ調整器通路内部に置かれた流体経路の長さが増加し、装置の流体抵抗も増加する。したがって、流量を、貯留槽圧力の所定の範囲内でおよそ一定に保つことができる。   The apparatus further comprises a flow regulator open passage etched into the substrate having an inlet facing the central through-hole of the membrane and an outlet connected to the outlet of the apparatus. This passage is in the shape of a helical curve, so that the more pressure is applied to the membrane, the more it closes the passage, thereby allowing fluid to flow in the chamber to find a way out of the chamber. Let it flow. As a result, as the pressure applied to the membrane increases, the length of the fluid path placed inside the flow regulator passage increases and the fluid resistance of the device also increases. Therefore, the flow rate can be kept approximately constant within a predetermined range of the storage tank pressure.

しかしながら、そのような装置の製造は、複雑かつ高価である。実際には、基板は、精度の程度に関してかなり繊細である特殊なパターンによりエッチングされなければならず、この精度の程度は、適切に作用する流れ調整器のために尊重されなければならない。したがって、基板の製造が特殊な追加段階を必要とするだけでなく、こうした段階はさらに、実施するのに繊細でもある。装置の寸法に応じてSOIなどの特殊な材料が、基板の製造に使用されるべきであり、基板は、ますますさらに高価となる。   However, the manufacture of such a device is complicated and expensive. In practice, the substrate must be etched with a special pattern that is fairly delicate with respect to the degree of accuracy, and this degree of accuracy must be respected for a properly functioning flow conditioner. Thus, not only does the manufacture of the substrate require special additional steps, but these steps are also delicate to implement. Depending on the dimensions of the device, special materials such as SOI should be used in the manufacture of the substrate, and the substrate becomes more and more expensive.

さらに、この方法によって製造された装置は、次いで、薬物の供給に関するパラメータの、すなわち所定の貯留槽圧力範囲及び平均流量の1つの特殊な組み合わせのために構成される。   In addition, the device produced by this method is then configured for one specific combination of parameters relating to drug delivery, ie a predetermined reservoir pressure range and average flow rate.

水頭症は通常、脳室での又は脳の上のくも膜下の空間でのCSFの流出の遮断に起因するものである。水頭症治療は、外科的なものであり、流れ閉塞/機能不全のくも膜顆粒を迂回するための脳室内への脳室カテーテル(例えばサイラスチック(silastic(商標))から作られたチューブ)の配置と、前記流体を再吸収することのできる場所から他の体腔内への過剰な流体の排出とを含む。   Hydrocephalus is usually due to blockage of CSF efflux in the subarachnoid space in the ventricle or above the brain. Hydrocephalus treatment is surgical and placement of a ventricular catheter (eg, a tube made from silastic ™) into the ventricle to bypass the flow obstruction / dysfunctional arachnoid granule And draining excess fluid from where it can be reabsorbed into other body cavities.

CSFシャントの多くは、CSFの流量にかかわらず、一定の頭蓋内圧(ICP)を維持するという原理に基づいてきた。CSFシャントは、CSFシャントの入口と出口との間で互いに異なる圧力がシャントの開放圧と呼ばれる予定された程度まで減少されたときに、CSFの流れを中断するように構成されている。   Many CSF shunts have been based on the principle of maintaining a constant intracranial pressure (ICP) regardless of the CSF flow rate. The CSF shunt is configured to interrupt the flow of CSF when different pressures between the inlet and outlet of the CSF shunt are reduced to a predetermined extent called the shunt opening pressure.

ICPシャントの一例は、Hakimによる特許文献2に示され、これは、特に脳室から血流内に脳脊髄液を排出するために、患者の体の互いに異なる部分同士の間で流体の排出を制御するのに使用される外科的排出バルブ装置(いわゆる脳室心房造孔術(ventriculo−atriostomy)である。   An example of an ICP shunt is shown in US Pat. No. 6,057,031 to Hakim, which allows fluid drainage between different parts of a patient's body, particularly to drain cerebrospinal fluid from the ventricle into the bloodstream. Surgical drain valve device used to control (so-called ventricular-atriotomy).

臨床経験は、シャント手術のこの原理が理想的な解決策でないことを証明してきた。例えば姿勢の変更、運動、又は病理上の圧力波に起因するICPの急激な上昇は、過剰なCSFの排出を引き起こす。文献(Aschoffら、1995年)のいくつかの報告は、この過剰排出に起因する課題を指摘し、特に、脳室の顕著な狭小化は、埋め込まれたシャント手術装置の機能不全につながる主要因であるとして指摘されてきた。その理由は、脳室壁が脳室CSFシャント装置の周りで崩壊するおそれがあるからであり、粒子(細胞、破片)がシャント装置内部に侵入するおそれがある。   Clinical experience has proven that this principle of shunt surgery is not an ideal solution. For example, rapid increases in ICP due to posture changes, exercise, or pathological pressure waves cause excessive CSF drainage. Several reports in the literature (Asschoff et al., 1995) point out the challenges resulting from this over-excretion, and in particular, the significant narrowing of the ventricles is the main factor leading to malfunction of the implanted shunt surgical device Has been pointed out. The reason is that the ventricular wall may collapse around the ventricular CSF shunt device, and particles (cells, debris) may enter the shunt device.

Drakeらによる特許文献3は、かなり複雑なアンチサイフォン(anti−siphoning)装置であって、気体で満たされている室内の圧力を制御することによって、かつ流れが調整される主室の1つの柔軟性のある壁と圧力連通状態にあることによって、流れ抵抗を経皮的に選択可能な装置を提案することによって、上記の困難を克服することを目指すシャントの例を説明する。   U.S. Pat. No. 6,053,836 to Drake et al. Is a fairly complex anti-siphoning device that controls one of the main chambers by controlling the pressure in a gas-filled chamber and regulating the flow. An example of a shunt that aims to overcome the above difficulties by proposing a device that allows percutaneous selection of flow resistance by being in pressure communication with a sexual wall is described.

プログラム可能なバルブの使用は、近位閉塞と全体的なシャント再建(shunt revision)とのリスクの減少に関係があった。研究された2つの集団の違いの1つの可能性のある説明は、プログラム可能なバルブによって、医師が、臨床的な兆候及び症状と、過剰排出の放射線学的証拠との両方又は一方に気づいた後に、バルブ圧力設定を増加させることによってそのような脳室の崩壊を防ぐことができる場合があるということである。このようにして、近位閉塞が防がれ、シャント再建手術が回避される。そのような調節可能なバルブの1つが、Hakimらによる特許文献4に説明されている。しかしながら、隔膜材料の弾性特性に起因して、埋め込まれたバルブのメンテナンスが必要となるおそれがある。さらに、埋め込み後にこの調節可能なバルブの流量調節には、外科手術が必要となるおそれがある。   The use of a programmable valve has been associated with a reduced risk of proximal occlusion and overall shunt reconstruction. One possible explanation for the difference between the two populations studied is that the programmable valve allowed the physician to notice clinical signs and symptoms and / or radiological evidence of over-excretion. Later, it may be possible to prevent such ventricular collapse by increasing the valve pressure setting. In this way, proximal occlusion is prevented and shunt reconstruction surgery is avoided. One such adjustable valve is described in US Pat. However, due to the elastic properties of the diaphragm material, maintenance of the embedded valve may be required. Further, adjusting the flow rate of this adjustable valve after implantation may require surgery.

ワタナベによる特許文献5に説明される他の調節可能なバルブの機構は、2つの平行した流体流れ流路を含み、各流路は、流量調整器とオンオフバルブとを含む。流路を通過する流体流れは、頭皮を通してオンオフバルブを触って作動することによって手動で制御される。ワタナベの装置は、頭皮を通して触って、すなわち外科的な介在なく流量を制御することが可能であるが、バルブ設定への患者及び医師の両方又は一方の関心が必要とされる。   Another adjustable valve mechanism described in Watanabe in US Pat. No. 6,053,834 includes two parallel fluid flow channels, each channel including a flow regulator and an on / off valve. Fluid flow through the channel is manually controlled by touching an on-off valve through the scalp. Watanabe's device can be controlled by touching through the scalp, ie without surgical intervention, but requires patient and / or physician interest in valve settings.

Nisselsによる特許文献6に説明される1つのシステムは、二重経路アンチサイフォン作用及び流れ制御装置を説明し、両方の経路は、当該装置内で一斉に機能する。通常に流れている際には、第1及び第2の経路の両方が開いている。過剰な流れが検出されたときに第1の経路が閉じ、流れは、高抵抗の第2の経路に方向転換される。第2の経路が生理的な範囲内に排出速度を維持する間に、流量を90%まで減少させ、それにより、過剰排出に起因する有害な合併症を防ぐ。しかしながら、この装置は、流量を制御するためのバルブを含むシャントシステムと共に使用することを目的としており、埋め込まれるべきさらなる材料に起因する厄介な手術を引き起こすバルブに対して遠位に置かれるべきである。システムを、低圧流れ制御バルブのために、独立型のみとして使用することができる。   One system described in U.S. Patent No. 5,639,086 by Nissels describes a dual path anti-siphoning and flow control device, both paths functioning together in the device. During normal flow, both the first and second paths are open. When excess flow is detected, the first path closes and the flow is diverted to a high resistance second path. While the second pathway maintains the discharge rate within a physiological range, the flow rate is reduced to 90%, thereby preventing deleterious complications due to over-discharge. However, this device is intended for use with shunt systems that include a valve for controlling the flow rate and should be placed distal to the valve that causes troublesome surgery due to the additional material to be implanted. is there. The system can be used as a stand alone only for low pressure flow control valves.

米国特許第6203523号明細書US Pat. No. 6,203,523 米国特許第3288142号明細書U.S. Pat. No. 3,288,142 米国特許第5192265号明細書US Pat. No. 5,192,265 米国特許第4551128号明細書U.S. Pat. No. 4,551,128 米国特許第4781673号明細書US Pat. No. 4,781,673 米国特許第6126628号明細書US Pat. No. 6,126,628

本発明の第1の目的は、公知の装置及び方法を改善することにある。さらに具体的には、上記の欠点を克服する受動流体流れ調整器を提案することが、本発明の目的である。   The primary object of the present invention is to improve the known apparatus and method. More specifically, it is an object of the present invention to propose a passive fluid flow regulator that overcomes the above disadvantages.

本発明の他の目的は、代替受動流体流れ調整器であって、製造するのに容易かつ安価であり、かつこの調整器の使用状況に関する限りにおいてさらなる柔軟性を提供する代替受動流体流れ調整器を提案することによって、上記で言及された先行技術の欠点を補うことにある。   Another object of the present invention is an alternative passive fluid flow regulator that is easy and inexpensive to manufacture and provides additional flexibility as far as the regulator's usage is concerned. Is to compensate for the disadvantages of the prior art mentioned above.

この目的を達成するために、本発明の実施形態は、具体的には、上述された調整器において、調整器の膜が、室と隣接する少なくとも1つのさらなる貫通孔を具備し、当該さらなる貫通孔が、流体が第1の所定の閾値よりも大きいが第2の所定の閾値よりも小さい圧力を膜の第1の表面に印加する場合に、流体が当該さらなる貫通孔を通過して流れることができるように構成される。膜及びさらなる貫通孔はさらに、流体流量がおよそ第1の所定の閾値から第2の所定の閾値までの範囲内で膜の第1の表面に印加される圧力の関数としてほぼ線形、好ましくは一定であるように構成される、調整器を含む。   In order to achieve this object, embodiments of the present invention specifically relate to a regulator as described above, wherein the regulator membrane comprises at least one further through-hole adjacent to the chamber, said further penetration Fluid flows through the further through-hole when the hole applies a pressure to the first surface of the membrane that is greater than the first predetermined threshold but less than the second predetermined threshold. It is configured to be able to. The membrane and further through-holes are further substantially linear, preferably constant, as a function of the pressure applied to the first surface of the membrane with the fluid flow rate approximately in the range from the first predetermined threshold to the second predetermined threshold. Including a regulator configured to be

好ましい実施形態によれば、膜は、室と隣接するn個のさらなる貫通孔を具備することができ、各j番目のさらなる貫通孔は、流体がj番目の所定の閾値よりも大きいが(j+1)番目の所定の閾値よりも小さい圧力を膜の第1の表面に印加する場合に、流体がj番目のさらなる貫通孔を通過して流れることができるように構成される。重ねて、膜及びn個のさらなる貫通孔はさらに、流体流量がおよそ第1の所定の閾値から(n+1)番目の所定の閾値までの範囲内で膜の第1の表面に印加される圧力の関数としてほぼ線形、好ましくは一定であるように構成される。   According to a preferred embodiment, the membrane may comprise n additional through holes adjacent to the chamber, each j th further through hole being greater than the j th predetermined threshold (j + 1) ) When a pressure smaller than the first predetermined threshold is applied to the first surface of the membrane, the fluid is configured to flow through the jth further through-hole. Again, the membrane and the n additional through-holes are further of a pressure applied to the first surface of the membrane within a fluid flow rate range from approximately the first predetermined threshold to the (n + 1) th predetermined threshold. It is configured to be approximately linear, preferably constant, as a function.

貫通孔は、好ましくは、鋭いエッジが全くないような形状を有し、当該形状は、円形、楕円、長楕円又は細長い形状を含むグループに属することができる。   The through-hole preferably has a shape such that there are no sharp edges, which shape can belong to a group comprising circular, elliptical, oblong or elongated shape.

本発明の別の実施形態によれば、双方向流体流れ調整器を実施するために、第2の基盤を膜の第1の表面側に付着することができる。   According to another embodiment of the present invention, a second substrate can be attached to the first surface side of the membrane to implement a bidirectional fluid flow regulator.

本発明はさらに、上記で開示された流体流れ調整器を具備する装置に関し、そのような調整器のための製造方法を提供する。   The present invention further relates to an apparatus comprising the fluid flow regulator disclosed above, and provides a manufacturing method for such a regulator.

本発明の好ましい実施形態による流体流れ調整器であって、当該調整器が第1の圧力値を受ける、流体流れ調整器の簡易断面図。1 is a simplified cross-sectional view of a fluid flow regulator according to a preferred embodiment of the present invention, wherein the regulator receives a first pressure value. FIG. 図1の流体流れ調整器であって、当該調整器がより大きな第2の圧力値を受ける、流体流れ調整器の簡易断面図。FIG. 2 is a simplified cross-sectional view of the fluid flow regulator of FIG. 1, wherein the regulator receives a larger second pressure value. 本発明のさらなる例示的な実施形態による膜の簡易平面図。FIG. 6 is a simplified plan view of a membrane according to a further exemplary embodiment of the present invention. 本発明の加えてさらなる例示的な実施形態による膜の簡易平面図。FIG. 6 is a simplified plan view of a membrane according to a further exemplary embodiment in addition to the present invention. 本発明の第1の別の実施形態による流体流れ調整器の簡易断面図。FIG. 3 is a simplified cross-sectional view of a fluid flow regulator according to a first alternative embodiment of the present invention. 本発明の第2の別の実施形態による流体流れ調整器の簡易断面図。FIG. 7 is a simplified cross-sectional view of a fluid flow regulator according to a second alternative embodiment of the present invention. 本発明のさらなる例示的な実施形態による膜の簡易平面図。FIG. 6 is a simplified plan view of a membrane according to a further exemplary embodiment of the present invention. 図5aの膜と協働することを目的とする薄フィルムの簡易平面図。5b is a simplified plan view of a thin film intended to cooperate with the membrane of FIG. 5a. FIG. 図5bの薄フィルムで覆われたときの図5aの膜の簡易平面図。FIG. 5b is a simplified plan view of the membrane of FIG. 5a when covered with the thin film of FIG. 5b. 本発明のさらなる例示的な実施形態による薄フィルムで覆われた膜の簡易平面図。FIG. 6 is a simplified plan view of a membrane covered with a thin film according to a further exemplary embodiment of the present invention. 受動自動調整水頭症バルブのための典型的な流量対圧力特性を図示するグラフ。6 is a graph illustrating typical flow versus pressure characteristics for a passive self-adjusting hydrocephalus valve. 本発明による調整器の名目上の特性を図示するグラフ。4 is a graph illustrating nominal characteristics of a regulator according to the present invention. 本発明による調整器の第2の実施形態を示す図。The figure which shows 2nd Embodiment of the regulator by this invention. 本発明による調整器の第2の実施形態を示す図。The figure which shows 2nd Embodiment of the regulator by this invention. 第2の実施形態の断面図。Sectional drawing of 2nd Embodiment. 第2の実施形態のシミュレーション特性を図示するグラフ。The graph which illustrates the simulation characteristic of 2nd Embodiment. 他の実施形態のシミュレーション特性を図示するグラフ。The graph which illustrates the simulation characteristic of other embodiment. 第2の実施形態の変形例を示す図。The figure which shows the modification of 2nd Embodiment. 圧力センサの構成を示す図。The figure which shows the structure of a pressure sensor. 圧力センサの他の構成を示す図。The figure which shows the other structure of a pressure sensor. 膜の曲げ応力の予測を示すグラフ。The graph which shows the prediction of the bending stress of a film | membrane. 圧力による曲げ応力の発展のFEMシミュレーションを示すグラフ。The graph which shows the FEM simulation of the development of the bending stress by pressure. 検出器信号対圧力のFEMシミュレーションを示すグラフ。The graph which shows the FEM simulation of a detector signal versus pressure. 圧力1mbar当たりかつバイアス1ボルト当たりのセンサの感度を図示するグラフ。A graph illustrating the sensitivity of the sensor per mbar of pressure and per volt of bias. 圧力センサの他の実施形態を示す図。The figure which shows other embodiment of a pressure sensor.

本発明の他の特徴及び利点は、制限をしない例として提供される添付された図面を参照して与えられる好ましい実施形態の以下の詳細な記載を読むと、さらに明らかになる。   Other features and advantages of the present invention will become more apparent upon reading the following detailed description of preferred embodiments given with reference to the accompanying drawings, which are provided as non-limiting examples.

図1及び図2は、本発明の第1の実施形態による流体流れ調整器の簡易化された断面図を示し、当該調整器に印加される圧力に対する当該調整器の全体的な振る舞いは、上記の先行技術の装置の調整器に類似する。   1 and 2 show a simplified cross-sectional view of a fluid flow regulator according to a first embodiment of the present invention, where the overall behavior of the regulator with respect to the pressure applied to the regulator is as described above. Similar to the prior art device regulator.

実際には、これらの図面に示される流体流れ調整器1は、剛基板2及び弾性膜3を具備し、剛基板2及び弾性膜3は、これらの間で室6を画定するように所定の連結部分4で固く結合される。当該基板と当該膜の組み付けを、基板の材料に応じて直接接合又は陽極接合によって行うことができる。   In practice, the fluid flow regulator 1 shown in these drawings comprises a rigid substrate 2 and an elastic membrane 3, the rigid substrate 2 and the elastic membrane 3 being predetermined to define a chamber 6 therebetween. The connecting portion 4 is firmly connected. The substrate and the film can be assembled by direct bonding or anodic bonding depending on the material of the substrate.

典型的には、基板及び膜の両方の結合部分4は、あらゆる漏れを防ぐために0.5〜100nmRMSの範囲の粗さを有することができる。制限をしない例として、結合部分は、基板及び膜の両方の周囲に置かれ、基盤は、平坦な膜が基板肩部に接合されたときに、室6を画定するための中心部屋を確保するように環状肩部9によって取り囲まれた平坦中心部8を具備する。明らかに、当該肩部は、本発明の範囲を超えない他の形状、例えば長方形でもよい。   Typically, the bonding portion 4 of both the substrate and the film can have a roughness in the range of 0.5-100 nm RMS to prevent any leakage. As a non-limiting example, the coupling portion is placed around both the substrate and the membrane, and the base ensures a central chamber for defining the chamber 6 when the flat membrane is joined to the substrate shoulder. Thus, the flat central portion 8 surrounded by the annular shoulder portion 9 is provided. Obviously, the shoulder may have other shapes not exceeding the scope of the present invention, for example a rectangle.

肩部10にはさらに、本発明の実施に対する役割を果たすことなく包む目的のために、膜が一体で設けられる。基板は、好ましくは、シリコン又はパイレックス(登録商標)から作られる一方で、膜は、好ましくは、シリコンから作られる。膜は、任意の従来の接合方法によって基板に結合されてもよい。   The shoulder 10 is further provided with an integral membrane for the purpose of wrapping without playing a role in the practice of the present invention. The substrate is preferably made from silicon or Pyrex®, while the film is preferably made from silicon. The film may be bonded to the substrate by any conventional bonding method.

あるいは、基板は、熱エンボス加工又は射出成形によってSAN及びポリカーボネートなどのプラスチック材料で製造されてもよい。   Alternatively, the substrate may be made of plastic materials such as SAN and polycarbonate by hot embossing or injection molding.

装置のための典型的な好ましい寸法は、以下の通りであり、膜はおよそ50〜150μmの厚さであってもよい一方で、室はおよそ10〜50μmの高さであってもよい。   Typical preferred dimensions for the device are as follows: the membrane may be approximately 50-150 μm thick while the chamber may be approximately 10-50 μm high.

膜3は、室側の反対側に第1の表面12を有し、第1の表面12が流体貯留槽側の流体入口(図示されず)に接続される一方で、室が流体出口13に接続され、流体出口13自体が、この用途では薬物供給のために患者の体に接続されることを目的としている。当然ながら、本記載の後の方で説明されるように、他の用途は、本発明によるこの調整器によって可能になる。   The membrane 3 has a first surface 12 on the opposite side of the chamber side, the first surface 12 being connected to a fluid inlet (not shown) on the fluid reservoir side, while the chamber is at the fluid outlet 13. Connected and the fluid outlet 13 itself is intended to be connected to the patient's body for drug delivery in this application. Of course, as will be explained later in the description, other applications are possible with this regulator according to the invention.

膜はさらに、本発明による調整器を通過して供給されるべき薬物のための経路を画定するように、室と隣接するいくつかの貫通孔15を有する。   The membrane further has a number of through holes 15 adjacent to the chamber so as to define a path for the drug to be delivered through the regulator according to the invention.

今しがた説明されたように、薬物供給装置の従来の使用条件を考慮して、およそ0〜600mbarの圧力範囲において、薬物供給装置は、20℃で水に類似する特性を有する薬物のおよそ1ml/hの一定の流量を供給するべきである。   As just described, in view of the conventional conditions of use of the drug delivery device, in the pressure range of approximately 0-600 mbar, the drug delivery device is approximately 1 ml / h of a drug having properties similar to water at 20 ° C. Should be supplied at a constant flow rate.

図1は、膜3がほぼ平坦であるように、膜3に印加される圧力が小さいという状況に対応し、膜の両側のそれぞれの圧力は、大体釣り合いが取られている。   FIG. 1 corresponds to the situation where the pressure applied to the membrane 3 is small so that the membrane 3 is substantially flat, and the respective pressures on both sides of the membrane are roughly balanced.

第1の表面12に印加される圧力が増加されたときに、図1bに示されるように、膜は室6内部に基板2の方に歪みかつ曲がる。   When the pressure applied to the first surface 12 is increased, the film is distorted and bent towards the substrate 2 inside the chamber 6, as shown in FIG. 1b.

さらに、貫通孔15が膜の全体にわたって分布されているように図2から見え、したがって、膜が曲げられたときに、圧力に応じていくつかの貫通孔は塞がれ、他は開いたままである場合がある。   Furthermore, it can be seen from FIG. 2 that the through holes 15 are distributed throughout the membrane, so that when the membrane is bent, some through holes are blocked in response to pressure and others remain open. There may be.

実際には、本願出願人は実験をしており、その結論は、圧力範囲が部分範囲に分けられることができるように、所与の分布を備える所与の数の貫通孔を有する膜を製造することができるというものであり、各部分範囲は、塞がれた貫通孔15の特有の数に対応し、その結果、流体流量を、全範囲内でおよそ一定に保つことができる。   In practice, the Applicant has experimented and the conclusion is that a membrane with a given number of through holes with a given distribution is produced so that the pressure range can be divided into sub-ranges. Each sub-range corresponds to a unique number of closed through-holes 15 so that the fluid flow rate can be kept approximately constant within the entire range.

したがって、膜の所与の1つの貫通孔を考慮すると、流体が、第1の表面12上に第1の所定の閾値よりも大きい圧力を印加する場合に、当該圧力により、流体が前記貫通孔を通過して流れることを妨げることになり、隣の貫通孔は、第1の表面に印加された圧力が第2の所定の閾値よりも小さいなどの場合に限り、流体を、貫通孔を通過して未だに流れさせることができる。最後の貫通孔が塞がれたとき、流体はもはや装置を通過して流れることができず、したがって、本発明による調整器は、超過圧力保護システムの役割を果たす。   Thus, considering a given one through-hole in the membrane, when a fluid applies a pressure on the first surface 12 that is greater than a first predetermined threshold, the pressure causes the fluid to pass through the through-hole. The adjacent through-hole passes fluid through the through-hole only if the pressure applied to the first surface is less than a second predetermined threshold, etc. And still flow. When the last through hole is plugged, the fluid can no longer flow through the device, so the regulator according to the invention serves as an overpressure protection system.

有利には、膜及び貫通孔は、流体流量がおよそ(最も中心にある孔の閉塞に対応する)第1の所定の閾値からn番目の外部貫通孔に対応する(n+1)番目の閾値までの範囲で第1の表面に印加される圧力に対してほぼ一定になるように、配置される。   Advantageously, the membrane and the through-hole have fluid flow rates approximately from a first predetermined threshold (corresponding to the most central hole occlusion) to an (n + 1) -th threshold corresponding to the n-th external through-hole. It is arranged to be substantially constant with respect to the pressure applied to the first surface in the range.

主パラメータによって、膜の厚さと、膜と基板との間の室厚さ又は室間隙と、貫通孔の数/直径との選択が左右され、主パラメータは、孔の直径の許容誤差及び膜/間隙の厚さの許容誤差である。   The main parameters govern the choice of membrane thickness, chamber thickness or gap between the membrane and the substrate, and the number / diameter of the through-holes, the main parameters being the hole diameter tolerance and the membrane / This is the tolerance of the gap thickness.

注目すべきは、調整器が流れ対圧力の分布の定義について優れた柔軟性を有することである。実際には、調整器を、この図表がほぼ平坦又はゼロとは異なる傾きを有するように構成することができる。例えば、本発明の範囲から離れずに、この図表が負の傾きを有することができる。   It should be noted that the regulator has great flexibility in defining the flow versus pressure distribution. In practice, the regulator can be configured so that the chart has a substantially flat or a slope different from zero. For example, the chart can have a negative slope without departing from the scope of the present invention.

一般的な観点から、貫通孔は、好ましくは、応力集中を避けるように鋭いエッジがないような形状を有する。貫通孔の形状は、1つの孔が他の孔と異なることができる一方で、形状は、好ましくは、円形、楕円、長楕円及び細長い形状を含むグループに属することができる。図3a及び図3bは、制限をしないやり方で貫通孔の形状及び分布の例を示す。   From a general point of view, the through holes preferably have a shape without sharp edges to avoid stress concentration. While the shape of the through hole can be different from one hole to the other, the shape can preferably belong to a group including circular, elliptical, oblong and elongated shapes. Figures 3a and 3b show examples of through hole shapes and distributions in an unrestricted manner.

図3aに示されるように、楕円又は長楕円の孔は、より継続する調整システムを作るのに有用である場合がある。   As shown in FIG. 3a, an elliptical or oblong hole may be useful in creating a more continuous conditioning system.

実際には、3つの楕円孔301,302,303は、特に放射状でないこれら楕円孔の幾何学的配置を有する円形膜300上に構成される。これらの孔は、第2の孔302が、膜の中心に位置する第1の孔301を完全に閉じるのに必要な圧力よりも下又はちょうど同じ圧力で閉じ始めるなど、流体抵抗の観点から連続性があるように置かれる。   In practice, the three elliptical holes 301, 302, 303 are constructed on a circular membrane 300 having a geometry of these elliptical holes that is not particularly radial. These holes are continuous in terms of fluid resistance, such as the second hole 302 begins to close below or just under the pressure required to completely close the first hole 301 located in the center of the membrane. Set to have sex.

孔を、有利には、らせん曲線が貫通孔の中心を線で接合することによって描かれることができるように、配置することができる。   The holes can advantageously be arranged such that a helical curve can be drawn by joining the centers of the through holes with a line.

孔の幾何学的配置は、膜のたわみ特性に応じて選択されなければならない。   The geometry of the pores must be selected according to the membrane deflection characteristics.

注目すべきは、例えばらせんの形状で連続する通路は、膜の柔軟性を大きく変更してしまう限りでは、薦められないことである。しかしながら、図3bの例示的なデザインなどである特殊なデザインを、膜に垂直な軸線を中心とした回転によって作られる孔の分布によって使用することができる。図3bは、らせん曲線の一部として構成される孔を示し、各区域の長さは、膜の柔軟性を著しく変更しないように選択される。   It should be noted that continuous passages, for example in the form of a helix, are not recommended as long as the flexibility of the membrane is changed significantly. However, special designs, such as the exemplary design of FIG. 3b, can be used with the distribution of holes created by rotation about an axis perpendicular to the membrane. FIG. 3b shows a hole configured as part of a helical curve, the length of each zone being chosen so as not to significantly change the flexibility of the membrane.

明らかに、孔が細ければ細いほど、孔を製造方法中にエッチングすることがさらに難しい。当業者は、本発明の範囲から離れずに、当業者のニーズに適合する孔を構成する本開示を適用するのに、特定の困難に遭遇することはないだろう。   Clearly, the thinner the holes, the more difficult it is to etch the holes during the manufacturing process. Those skilled in the art will not encounter certain difficulties in applying the present disclosure to construct holes that meet the needs of those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

図4a及び図4bは、本発明による調整器のさらなる実施の2つの実施形態であって、双方向である実施形態を示す。   Figures 4a and 4b show two further embodiments of the regulator according to the invention, which are bidirectional.

実際には、膜の第1の表面の側に第2の基板を結合することが可能であり、その結果、膜は、変形し、かつ両方向に同じ調整効果を提供することができる。   In practice, it is possible to bond the second substrate to the first surface side of the membrane, so that the membrane can deform and provide the same adjustment effect in both directions.

図4aでは、膜401は平坦中心部402及び周囲肩部403を有し、第1の基板410及び第2の基板420は、膜の両側に類似の室406を画定するように、膜の両側で周囲肩部403と接合される。   In FIG. 4a, the membrane 401 has a flat center 402 and a peripheral shoulder 403, and the first substrate 410 and the second substrate 420 are on both sides of the membrane so as to define similar chambers 406 on both sides of the membrane. And joined to the peripheral shoulder 403.

両基板は、流体流れの方向に応じて出口/入口を画定するために、少なくとも1つの孔411,421を有する一方で、膜は、すでに説明された貫通孔に類似する複数の貫通孔415を有する。   Both substrates have at least one hole 411, 421 to define an outlet / inlet depending on the direction of fluid flow, while the membrane has a plurality of through holes 415 similar to the previously described through holes. Have.

図4bでは、膜501は平坦である一方で、基板510,520のそれぞれは、基板510,520の平坦中心部512,522に配置された孔511,521を有し、膜の両側に類似の室506を画定するように、周囲肩部513,523で膜と結合される。   In FIG. 4b, the membrane 501 is flat, while each of the substrates 510, 520 has holes 511, 521 located in the flat central portions 512, 522 of the substrates 510, 520, similar to both sides of the membrane. Coupled with the membrane at peripheral shoulders 513, 523 to define chamber 506.

ここで再び、膜は、上記ですでに説明された貫通孔に類似する複数の貫通孔515を有する。   Here again, the membrane has a plurality of through holes 515 similar to the through holes already described above.

注目すべきは、図4bの実施形態は、製造するのにより容易、ひいてはより安価である限りにおいて、図4aの実施形態よりも好ましいことである。しかしながら、このことは、本発明の保護範囲である本発明の制限として解釈されるべきでなく、均等物は当然に可能である。   It should be noted that the embodiment of FIG. 4b is preferred over the embodiment of FIG. 4a as long as it is easier to manufacture and thus cheaper. However, this should not be construed as a limitation of the invention, which is the protection scope of the invention, and equivalents are naturally possible.

本発明による調整器の製造に関して、従来の段階を実施することができる。   With respect to the manufacture of the regulator according to the invention, conventional steps can be carried out.

基板を、シリコン又はパイレックス(登録商標)から作ることができる一方で、平坦中心部を、周囲肩部が存在するときに等方性ウェットエッチング段階によって作ることができる。   The substrate can be made from silicon or Pyrex® while the flat center can be made by an isotropic wet etching step when a peripheral shoulder is present.

あるいは、すでに言及されたように、基板は、熱エンボス加工又は射出成形によってSAN及びポリカーボネートなどのプラスチック材料で製造されてもよい。   Alternatively, as already mentioned, the substrate may be made of plastic materials such as SAN and polycarbonate by hot embossing or injection molding.

膜を、好ましくは、この材料の特に適した機械的特性の点で、シリコンから作ってもよい。膜の機械加工をさらに、ウェットエッチングで行ってもよい一方で、膜の貫通孔には、ドライエッチングが使用されてもよい。膜及び基板の両方又は一方上の接合防止層を、典型的には組み付け中に、基板上に膜の粘着を防ぐのに必要としてもよい。シリコンの膜とパイレックス(登録商標)の基板とのために、典型的な接合防止層は、シリコン窒化物である。   The membrane may preferably be made from silicon in terms of the particularly suitable mechanical properties of this material. While the membrane may be further machined by wet etching, dry etching may be used for the through-holes in the membrane. An anti-bonding layer on the film and / or substrate may be required to prevent film sticking onto the substrate, typically during assembly. For silicon films and Pyrex® substrates, a typical anti-bonding layer is silicon nitride.

好ましくは、装置の互いに異なる表面、すなわち互いに接触することを目的としている膜又は基板の準備に関して、特に注意すべきである。実際には、装置の作用を損なうおそれがある所望しない粒子又は塵は、膜および基板の表面上で、特に膜の貫通孔の付近で発見されるべきではない。さらに、基板の表面と膜の表面との両方は、膜が変形し基板に接触したときに、基板の表面と膜の表面との間でのあらゆる漏れを防ぐために0.5〜100nmRMSの範囲の粗さを有することができる。   Preferably, special care should be taken with respect to the preparation of different surfaces of the device, i.e. films or substrates intended to contact each other. In practice, undesired particles or dust that could impair the operation of the device should not be found on the surface of the membrane and the substrate, especially in the vicinity of the through-holes of the membrane. Furthermore, both the surface of the substrate and the surface of the membrane are in the range of 0.5-100 nm RMS to prevent any leakage between the surface of the substrate and the surface of the membrane when the membrane deforms and contacts the substrate. Can have roughness.

好ましい実施形態によれば、調整器の出口孔を、基板の製作方法を簡易化するために、膜に直接配置することができる。   According to a preferred embodiment, the outlet holes of the regulator can be placed directly on the membrane in order to simplify the substrate manufacturing method.

膜に必要な厚さに応じて、エッチングされた基板上に穿孔されたシリコンウェーハを簡易に接合することができる。実際には、100μmの厚さのシリコンウェーハは、市場で通常に入手可能であり、貫通孔がエッチングされた後に当該シリコンウェーハを直接使用することができる。   Depending on the thickness required for the film, a silicon wafer perforated on the etched substrate can be easily joined. In practice, silicon wafers with a thickness of 100 μm are usually available on the market and can be used directly after the through holes have been etched.

他の製作方法を、上述された方法の代わりに実施することができ、これは、方向性のない調整器装置の場合に、膜のデザインに関してさらに柔軟性がある。   Other fabrication methods can be implemented instead of the method described above, which is more flexible with respect to the membrane design in the case of a non-directional regulator device.

実際には、最終的に必要な貫通孔のそれぞれのためのいくつかの孔を有する膜を構成することができる一方で、薄いさらなる層は、膜の第1の表面全体を覆う。膜を使用する前に、さらなる層は次いで、所与の仕様による必要な貫通孔を開けるために切り取られる。   In practice, a membrane with several holes for each of the finally required through-holes can be constructed, while the thin additional layer covers the entire first surface of the membrane. Prior to using the membrane, further layers are then cut to open the required through holes according to the given specifications.

この製作方法の好ましい実施では、ドライエッチングによって膜で孔をパターン形成する前にアルミニウム又は酸化シリコンの犠牲層で、膜を覆うことができる。最終的に必要な貫通孔のそれぞれ、すなわち各圧力部分範囲のための例えば4つの孔を構成することができる。次いで、これらの全ての孔を閉じるように重合体層などの薄いさらなる層で犠牲層を覆うことができる。さらなる層を、スピニング加工又はラミネーションなどの任意の適した従来の作用によって、適用することができる。   In a preferred implementation of this fabrication method, the film can be covered with a sacrificial layer of aluminum or silicon oxide before patterning the holes in the film by dry etching. Each of the finally required through-holes can be configured, i.e., for example, four holes for each pressure subrange. The sacrificial layer can then be covered with a thin additional layer, such as a polymer layer, to close all these holes. Additional layers can be applied by any suitable conventional action such as spinning or lamination.

次に、膜は基板に接合され、レーザ、熱線又はスパーク等を使用して、犠牲層と共にさらなる層を切り取る前に、調整器の室内に負圧を印加することによって、貫通孔を経験的に仕上げることができる。   The membrane is then bonded to the substrate, and the through-holes are empirically created by applying negative pressure in the regulator chamber before cutting off additional layers with the sacrificial layer using a laser, hot wire or spark, etc. Can be finished.

明らかに、貫通孔を仕上げ又は提供するために、膜の第1の表面に正圧を印加することも可能であり、あるいは、本発明の範囲から離れずに、犠牲層を特に、基板と膜を組み付ける前に取り除くことができる。   Obviously, it is also possible to apply a positive pressure to the first surface of the membrane to finish or provide the through-holes, or the sacrificial layer, particularly the substrate and membrane, without departing from the scope of the present invention. Can be removed before assembling.

最大の孔は、好ましくは、直径の許容誤差の点から最悪の状況が考慮されたとしても、名目上の計算された直径よりもわずかに小さい直径を有するように作られる。その隣の孔は、第1の孔よりも段階的に小さい直径を有するべきである。室内に負圧を印加することによって流量を測定することができ、ほぼ一定の流量を維持するために開けられるべき隣の孔を予測することもできる。   The largest hole is preferably made to have a diameter that is slightly smaller than the nominal calculated diameter, even if the worst case is considered in terms of diameter tolerances. The adjacent hole should have a gradually smaller diameter than the first hole. The flow rate can be measured by applying a negative pressure in the chamber, and the next hole to be opened to maintain a substantially constant flow rate can also be predicted.

この方法を使用して、1つのみの一般的なデザインを用いて流量値の大きな範囲で流体流れを調整するのに適するように、同じ装置を映し出し除去することができる。   Using this method, the same device can be imaged and removed to be suitable for adjusting fluid flow over a large range of flow values using only one general design.

さらに、この方法は、さもなければ必要とされるエッチングの精度の問題を回避すること、すなわち装置のコストを低下させかつ寸法を小さくすることができる。   Furthermore, this method avoids the otherwise required etching accuracy problem, i.e. lowers the cost of the apparatus and reduces the dimensions.

図5a、図5b及び図5cは、本発明による装置のさらなる例示的な実施形態の簡易化された平面図を示す。さらに厳密には、図5aは、特定のデザイン有しかつ図5bに図示される重合体の薄フィルムを取り付けるための特定のデザインをさらに有する膜を示し、これら2つの要素の協働は、図5cからわかる。   Figures 5a, 5b and 5c show a simplified plan view of a further exemplary embodiment of the device according to the invention. More precisely, FIG. 5a shows a membrane having a specific design and further having a specific design for attaching the polymer thin film illustrated in FIG. 5b, the cooperation of these two elements being shown in FIG. It can be seen from 5c.

他方では、膜600は、中心孔601と3つの一連の貫通孔602,603,604とを有する。   On the other hand, the membrane 600 has a central hole 601 and three series of through holes 602, 603, 604.

これらの一連の貫通孔のそれぞれは5つの貫通孔を含み、当該5つの貫通孔は、ここでは、制限的でなくかつ説明的なやり方で、膜の半径上に整列される。3つの一連の貫通孔は、例えば、互いから規則正しく角度をもって離間され、本発明は、この特殊な態様に制限されるものでない。   Each of these series of through holes includes five through holes, which are here aligned on the radius of the membrane in a non-limiting and illustrative manner. The three series of through holes are, for example, regularly spaced from each other at an angle, and the present invention is not limited to this particular embodiment.

所与の一連の貫通孔は、図1及び図2に関連して上記で説明されたように、この一連の貫通孔がそのままで使用されたならば、所定の圧力範囲内で流体流量の所定の値を維持することが可能であるように構成される。各一連の貫通孔は、それ自体の流体流量に対応するように構成される。   A given series of through holes, as described above in connection with FIGS. 1 and 2, provides a predetermined flow rate of fluid within a given pressure range if this series of through holes is used as is. Is configured to be able to maintain the value of. Each series of through-holes is configured to accommodate its own fluid flow rate.

他方では、配置された中心孔611と複数のスリット612とを有する図5bに図示された薄フィルム610は、薄フィルムが膜600上に載置されたときに対応する一連の貫通孔を開通させるように当該フィルムと膜との間の相対的な回転によって、一連の貫通孔602,603,604のどれとも一致しない、又は任意の1つ、任意の2つ、若しくは3つ全てと、スリットを選択的に一致させることができるように構成される。実際には、薄フィルムは、(膜の第1の表面側から印加された正圧又は室側から印加された負圧を用いて)圧力が膜に印加されるときに、膜の第1の表面に対して薄フィルムを適用することができるような機械的特性を有するべきである。   On the other hand, the thin film 610 illustrated in FIG. 5 b having a central hole 611 and a plurality of slits 612 disposed opens a corresponding series of through holes when the thin film is placed on the membrane 600. Thus, the relative rotation between the film and the membrane does not coincide with any of the series of through holes 602, 603, 604, or any one, any two, or all three of the slits. It is configured so that it can be selectively matched. In practice, a thin film will cause the first of the membrane when pressure is applied to the membrane (using positive pressure applied from the first surface side of the membrane or negative pressure applied from the chamber side). It should have mechanical properties such that a thin film can be applied to the surface.

図5cは、3つ全ての一連の貫通孔が開通している構成を図示する。   FIG. 5c illustrates a configuration in which all three series of through holes are open.

したがって、例えば、貫通孔は、一連の貫通孔602,603,604が1、2及び4ml/hの流体流量にそれぞれ対応するように構成されているならば、以下の全ての値を、膜600上の薄フィルム610の適切な角度をもった位置により達することができ、これらの値は、1ml/h(一連の貫通孔602が開いている)、2ml/h(一連の貫通孔603が開いている)、3ml/h(一連の貫通孔602,603が開いている)、4ml/h(一連の貫通孔604が開いている)、5ml/h(一連の貫通孔602,604が開いている)、6ml/h(一連の貫通孔603,604が開いている)、及び7ml/h(一連の貫通孔602,603,604が開いている)である。   Thus, for example, if the through-holes are configured so that the series of through-holes 602, 603, 604 correspond to fluid flow rates of 1, 2, and 4 ml / h, respectively, It can be reached by the appropriate angled position of the thin film 610 above, these values are 1 ml / h (a series of through holes 602 are open), 2 ml / h (a series of through holes 603 are open) 3 ml / h (a series of through holes 602 and 603 are opened), 4 ml / h (a series of through holes 604 are opened), and 5 ml / h (a series of through holes 602 and 604 are opened) 6 ml / h (a series of through holes 603, 604 are open) and 7 ml / h (a series of through holes 602, 603, 604 are open).

装置には、好ましくは、膜上の薄フィルムの角度位置に応じて流体流量の値を示す印620が設けられ、薄フィルムにはさらに、薄フィルムと膜との間に精密かつ相対的な調節を可能にする対応する印621が設けられてもよい。   The apparatus is preferably provided with indicia 620 indicating the value of the fluid flow rate as a function of the angular position of the thin film on the membrane, and the thin film further includes precise and relative adjustment between the thin film and the membrane. Corresponding indicia 621 may be provided to enable

当業者は、本発明の範囲から離れずに、今しがた説明された概念に基づいて他の実施形態を実施することができる。   Those skilled in the art can implement other embodiments based on the concepts just described without departing from the scope of the present invention.

図6は、そのようなさらなる実施形態を図示し、膜700は、3つの一連の貫通孔701を有する一方で、中心孔711及びスリット712を有する薄フィルム710は、単一の一連の貫通孔をいつでも開けておくことができるように設けられる。貫通孔701は、ここでは、各一連の貫通孔が所定の温度で所定の流体流量に対応するように構成される。図示された実施形態によれば、第1の一連の貫通孔は、10℃で1ml/hの流体流量に対応する一方で、他の2つの一連の貫通孔は、それぞれ20℃及び30℃で同じ流量に対応する。   FIG. 6 illustrates such a further embodiment, where the membrane 700 has three series of through-holes 701 while the thin film 710 having a central hole 711 and a slit 712 has a single series of through-holes. Is provided so that it can be opened at any time. Here, the through-hole 701 is configured such that each series of through-holes corresponds to a predetermined fluid flow rate at a predetermined temperature. According to the illustrated embodiment, the first series of through holes corresponds to a fluid flow rate of 1 ml / h at 10 ° C., while the other two series of through holes are at 20 ° C. and 30 ° C., respectively. Corresponds to the same flow rate.

明らかに、本発明の範囲から離れずに、3つの一連の貫通孔がそれぞれ10℃、20℃及び30℃で2ml/hの流体流量に対応するように、さらなる一連の貫通孔を有する膜を提供することなどができる。   Clearly, without departing from the scope of the present invention, a membrane with a further series of through-holes is provided such that the three series of through-holes correspond to a fluid flow rate of 2 ml / h at 10 ° C, 20 ° C and 30 ° C, respectively. Can be provided.

装置はさらに、様々な粘度を有する様々な流体のタイプに使用されてもよい。したがって、複数の一連の貫通孔を、このような様々な流体の使用を考慮して構成することができる。   The device may further be used for various fluid types having various viscosities. Therefore, a plurality of series of through holes can be configured in consideration of the use of such various fluids.

当業者は、実施形態のいずれかを組み合わせるための困難に全く遭遇しないだろうし、当該実施形態は、一連の貫通孔が例えば粘度及び温度の両方を考慮するなどの当業者のニーズに適合する装置を構成することが、今しがた説明されたばかりである。   A person skilled in the art will not encounter any difficulty to combine any of the embodiments, and the embodiment is a device that meets the needs of those skilled in the art, such as a series of through holes that consider both viscosity and temperature, for example. Has just been explained.

上の記載は、制限をしない例として説明された本発明の好ましい実施形態に対応する。具体的には、流体流れ調整器の様々な要素部品の示されかつ説明された形状には、制限がない。例えば、貫通孔の数には制限がない。中心貫通孔の存在は、実施形態の説明的な例として与えられたが、当業者は、中心貫通孔なしで流体流れ調整器を構成する困難に遭遇することがないだろう。   The above description corresponds to preferred embodiments of the present invention described as non-limiting examples. In particular, there is no limit to the shape shown and described of the various component parts of the fluid flow regulator. For example, the number of through holes is not limited. Although the presence of the central through hole has been given as an illustrative example of an embodiment, those skilled in the art will not encounter the difficulty of constructing a fluid flow regulator without the central through hole.

例として、当業者は、寸法、流量、材料、又は製作方法段階に関して、本発明を当業者のニーズに適用させる中で、特定の問題に遭遇しない。   By way of example, those skilled in the art will not encounter any particular problems in applying the present invention to their needs with respect to dimensions, flow rates, materials, or fabrication method steps.

さらに、本装置を患者の皮膚に適用し、又は例えば水頭症治療の現場では、患者の体に埋め込むことができることにも注目すべきであり、このことは典型的に、埋め込まれたバルブによって導かれる排出を含む。   It should also be noted that the device can be applied to the patient's skin or implanted into the patient's body, for example in the field of hydrocephalus treatment, which is typically guided by an implanted valve. Includes exhausted emissions.

以下の記載は、自動調整バルブとして水頭症患者用の脳脊髄液(CSF)を排出するための調整器の使用をさらに具体的に対象とし、本記載は、他の用途にも原則として適用できるものである。   The following description is more specifically directed to the use of a regulator for draining cerebrospinal fluid (CSF) for hydrocephalus patients as an automatic regulating valve, and the description can be applied in principle to other applications. Is.

図7は、受動自動調整水頭症バルブのための典型的な流量対圧力の特性を示す。流量は、10〜35mbarで20ml/hに調整される。この値は、0.5L/日の平均CSF生産量に対応する。高いCSFの毎日の生産量に対して、排出不足を防ぐために高圧で調整しないことが必要である。このことは、高圧での曲線の形状を説明する。低圧では、高い流量を得る必要がもはやない(過剰排出問題)。流量は、閾値から線形に増加することができ、3〜10mbarで20ml/hまで変わる。   FIG. 7 shows typical flow versus pressure characteristics for a passive self-adjusting hydrocephalus valve. The flow rate is adjusted to 20 ml / h at 10-35 mbar. This value corresponds to an average CSF production of 0.5 L / day. For daily high CSF production, it is necessary not to adjust at high pressure to prevent shortage of emissions. This explains the shape of the curve at high pressure. At low pressures, there is no longer a need for high flow rates (excess discharge problem). The flow rate can increase linearly from the threshold and varies from 3 to 10 mbar up to 20 ml / h.

静水学的な圧力の変化を引き起こす患者の移動に起因する過剰排出は、この流量特性によって、強力に制限される。   Excessive drainage due to patient movement causing hydrostatic pressure changes is strongly limited by this flow characteristic.

この特性は、上記で説明された受動流れ調整器の1つに非常に近い。高圧において、安全停止システムは、標準の流れ制限装置に置換されるべきである。この特徴を、装置の最後の孔の位置を膜の外縁に向かって変えることによって簡易に得ることができる。   This property is very close to one of the passive flow regulators described above. At high pressures, safety stop systems should be replaced with standard flow restrictors. This feature can be easily obtained by changing the position of the last hole of the device towards the outer edge of the membrane.

本発明による装置の名目上の特性は、図8に図示される。   The nominal characteristics of the device according to the invention are illustrated in FIG.

本明細書内で上に記載された装置は、圧力が印加されたときに基板と接触する膜の弾性変形に基づくものである。流量は、膜の小さな孔を介して調整される。   The apparatus described above in this specification is based on the elastic deformation of the membrane that contacts the substrate when pressure is applied. The flow rate is adjusted through a small hole in the membrane.

FEMシミュレーションは、様々な機能する圧力で膜の最初の形状を予測することが必要である。   FEM simulations need to predict the initial shape of the membrane at various working pressures.

流体シミュレーションは、孔の出口での流体の振る舞いを予測することも必要である。膜と膜の大きな直径に連結された基板との間の間隙の小さな寸法は、残留流体抵抗の点から実に好ましくない。問題は軸対称でないことであり、また、小さい穴とこれらの出口での大きな流体経路とのメッシングが困難である。   Fluid simulation also needs to predict the behavior of the fluid at the exit of the hole. The small size of the gap between the membrane and the substrate connected to the large diameter of the membrane is very undesirable in terms of residual fluid resistance. The problem is that it is not axisymmetric and meshing with small holes and large fluid paths at these outlets is difficult.

この影響を部分的に避ける解決策は、開示された実施形態において提案されている。さらに、流量の予測は著しく容易になる。   Solutions that partially avoid this effect are proposed in the disclosed embodiments. In addition, the flow rate prediction is significantly easier.

着想は単に、膜の孔の前に柱を作るために、基板をエッチングすることにある(RIE等)。目的は、圧力が孔のすぐ後ろで迅速に出口圧力になる傾向を確保することにある。膜が対称変形を依然として受けることを確保することも重要である。基板の外輪をさらに、出口での圧力のさらに良好な平衡のためにエッチングをすることができる。様々なマスクをこのエッチングされた部分に構成することができる。   The idea is simply to etch the substrate (RIE etc.) to create a pillar in front of the membrane hole. The aim is to ensure that the pressure tends to quickly exit pressure just behind the hole. It is also important to ensure that the membrane still undergoes symmetrical deformation. The outer ring of the substrate can be further etched for a better balance of pressure at the outlet. Various masks can be constructed on this etched portion.

基板のエッチングのための非常に基本的なマスクを以下に提案する(図9、図10及び図11参照)。初期平坦基板800は、部分801にわたってまずエッチングされ、当該部分801は、典型的にシリコンからウェットエッチングされることによって膜(ここでは示されない)の直径を画定する。次いで、さらなるエッチング(典型的にはドライエッチング)は、柱803と室804の第2の高さ位置とを画定するために行われる。基板(第1のエッチング高さ位置801)及び柱803の暗い部分は、圧力が印加されたときに、膜のための支持体を形成する。バルブの出口には、参照番号805が付される。   A very basic mask for etching the substrate is proposed below (see FIGS. 9, 10 and 11). The initial flat substrate 800 is first etched across a portion 801 that defines the diameter of the film (not shown here), typically by wet etching from silicon. Further etching (typically dry etching) is then performed to define the pillar 803 and the second height position of the chamber 804. The substrate (first etch height position 801) and the dark portion of the pillars 803 form a support for the membrane when pressure is applied. Reference numeral 805 is attached to the outlet of the valve.

このシステムの略断面図が図11に図示され、この図は、柱803と、エッチングの高さ位置804と、孔15を有する膜3とを示す。   A schematic cross-sectional view of this system is illustrated in FIG. 11, which shows a post 803, an etching height location 804, and a membrane 3 having holes 15.

基板は、パイレックス(登録商標)、シリコン又はプラスチックから形成されることができる。パイレックス(登録商標)又はSiのための接合防止層は、組み付け中に柱上での膜の粘着を防ぐのに必要とされる。   The substrate can be formed from Pyrex, silicon or plastic. An anti-bonding layer for Pyrex or Si is required to prevent film sticking on the pillars during assembly.

100μmの厚さで、200mmのウェーハは、ウェーハ自体をもはや支持することができない(300mmのウェーハでは150μm)。取り扱いの問題のための基板を使用することが必要でもあり、この基板を陽極接合の後に取り除くことができる。   At a thickness of 100 μm, a 200 mm wafer can no longer support the wafer itself (150 μm for a 300 mm wafer). It is also necessary to use a substrate for handling problems, which can be removed after anodic bonding.

低圧力に敏感であるために、薄い膜、若しくは膜と基板との間の小さい間隙、若しくは大きな膜の直径、又はこれらの組み合わせを使用する必要がある。典型的な膜シャントは、非常に大きく、直径で約35mm又はそれ以上である。   In order to be sensitive to low pressure, it is necessary to use a thin film, or a small gap between the film and the substrate, or a large film diameter, or a combination thereof. A typical membrane shunt is very large, about 35 mm in diameter or more.

最大の膜の直径=15mm
t=50μmで固定される膜の厚さt
Maximum membrane diameter = 15 mm
Film thickness t fixed at t = 50 μm

10mbarの接触圧力は、25μmの膜と基板との間の間隙をもたらす。   A contact pressure of 10 mbar results in a gap between the 25 μm film and the substrate.

柱と膜との間の孔及び開口を含む連続の流体抵抗を簡易に使用して、流れをモデル化することができる。   A flow can be modeled using a simple fluid resistance including holes and openings between the column and the membrane.

孔の流体抵抗Rf、孔の直径D、液体の動的粘度η(SI単位):

Figure 2012500035
Hole fluid resistance Rf i , hole diameter D i , liquid dynamic viscosity η (in SI units):
Figure 2012500035

(P)及びD’を含む開口の流体抵抗Rf’(P)であって、h(P)が柱及び孔lに関する圧力Pでの膜と柱との間の距離であり、D’が柱の直径である、流体抵抗Rf’(P):

Figure 2012500035
A h i (P) and D i 'fluid resistance Rf i of apertures comprising' (P), h i ( P) is located at a distance between the membrane and the bar at the pressure P about posts and holes l , D i ′ is the diameter of the column, fluid resistance Rf i ′ (P):
Figure 2012500035

流量Qは以下の形をとる:

Figure 2012500035
The flow rate Q takes the following form:
Figure 2012500035

関数h(P)は、圧力による膜の変形に関するFEMモデルを使用して予測される。 The function h i (P) is predicted using the FEM model for membrane deformation due to pressure.

理論的な流量は、3つの孔のみを使用すると一致される。孔及び柱の直径は、シミュレーションを使用して予測される。孔と柱との間の整列の許容誤差が厳しすぎるならば、孔の数を変えることができる。膜の外側部に置かれた穴は、柱を有さない。   The theoretical flow rate is consistent with using only three holes. Hole and column diameters are predicted using simulation. If the alignment tolerance between the hole and column is too tight, the number of holes can be varied. The holes placed in the outer part of the membrane do not have pillars.

Figure 2012500035
Figure 2012500035

図12は、水頭症のために得られた典型的な流量対圧力のシミュレーション曲線を図示する。   FIG. 12 illustrates a typical flow versus pressure simulation curve obtained for hydrocephalus.

薬物供給の用途で7つの孔及び柱を有する他の実現例は、以下の通りである。   Another implementation with seven holes and pillars for drug delivery applications is as follows.

シリコンの膜
直径5mm
厚さ50μm
間隙25μm
Silicon film diameter 5mm
50 μm thickness
25 μm gap

7つの孔及び柱の特徴:

Figure 2012500035
Features of 7 holes and columns:
Figure 2012500035

図13は、薬物供給の用途のためのこの実現例で得られた流量対圧力のシミュレーション曲線を図示する。   FIG. 13 illustrates the flow versus pressure simulation curves obtained with this implementation for drug delivery applications.

上記で説明されたように、このシステムは、膜の前側に他の基板を置くことによって両方向に流れを調整することができる。   As explained above, the system can regulate flow in both directions by placing another substrate on the front side of the membrane.

ここでは、上記で説明された原理による柱を有する基板を、双方向調整器のために使用することもできる。水頭症治療のために逆流が許容されない(脳室の雑菌混入のリスク)ので、簡易なチェックバルブが必要とされる。   Here, a substrate with pillars according to the principle described above can also be used for the bidirectional regulator. Since backflow is not allowed for the treatment of hydrocephalus (risk of contamination of ventricular germs), a simple check valve is required.

この場合、このチェックバルブを生成する最も簡易なやり方は、孔15の前(膜806の前側)の柱808を有するが間隙がない(図14参照)同様の基板を設けることである。新しい柱808は、システムの流体の振る舞いを変更することになり、流体の振る舞いのシミュレーションのために以前に説明されたモデルを適用することが必要である。   In this case, the simplest way to create this check valve is to provide a similar substrate with a post 808 in front of the hole 15 (front side of the membrane 806) but without a gap (see FIG. 14). The new column 808 will change the fluid behavior of the system, and it is necessary to apply the previously described model for the simulation of fluid behavior.

典型的には、上基板の柱808上に、又はあらかじめ応力が印加されることになる膜806上に直接に、層(好ましくは接合防止層)を追加することによって、膜にあらかじめ付与されるわずかな張力を生成することもできる。この実施形態は、図14に概略的に図示され、図11に関して説明された部品は、図14で同じ参照番号を有する。図14は明確に、カバー807の新しい柱808を柱803の前に(膜806の反対側に)示す。   Typically, the film is pre-applied by adding a layer (preferably an anti-bonding layer) directly on the top substrate column 808 or directly on the film 806 to be pre-stressed. A slight tension can also be generated. This embodiment is schematically illustrated in FIG. 14, and the components described with respect to FIG. 11 have the same reference numbers in FIG. FIG. 14 clearly shows the new column 808 of the cover 807 in front of the column 803 (on the opposite side of the membrane 806).

本発明のさらなる実施形態では、治療の効率及び装置の良好な機能をチェックするために、患者の頭蓋内圧力を知ると有用である。当該圧力を、無線システムを使用する医師によって監視することができる。   In a further embodiment of the invention, it is useful to know the intracranial pressure of the patient in order to check the efficiency of the treatment and the good functioning of the device. The pressure can be monitored by a physician using a wireless system.

圧力センサ自体を、シリコン膜に直接に埋め込まれたひずみ計から簡便に作ることができ、当該シリコン膜は、CSF圧力に起因する大きな応力を受ける。これは、差圧センサである。   The pressure sensor itself can be easily made from a strain gauge embedded directly in the silicon film, and the silicon film receives a large stress due to the CSF pressure. This is a differential pressure sensor.

圧力センサ感度の予備予測が以下に説明される。   Preliminary predictions of pressure sensor sensitivity are described below.

仮定:ブリッジの電気絶縁は、さらなる物理的な層を導入しないために(方法の簡易化及び良好な長期安定性)、極性が抵抗器の極性に対して反対のさらなる埋め込まれた層から作られることになる。   Assumption: The electrical insulation of the bridge is made from a further embedded layer whose polarity is opposite to that of the resistor, in order not to introduce an additional physical layer (simplification of the method and good long-term stability) It will be.

シミュレーションが、適切な埋め込み量の予測のために行われてきた。
基板:シリコンSCタイプn
ウェーハ(100)
抵抗率:3〜5Ωcm
[110]方向に沿ったp抵抗器の幾何学的配置
Simulations have been performed to predict an appropriate amount of embedding.
Substrate: Silicon SC type n
Wafer (100)
Resistivity: 3-5 Ωcm
Geometrical arrangement of p-resistors along the [110] direction

フルブリッジ構成は、図15に図示される。一致した抵抗器R=...=R=Rについて、以下の式が得られる。

Figure 2012500035
A full bridge configuration is illustrated in FIG. Matched resistors R 1 =. . . For = R 4 = R, the following equation is obtained:
Figure 2012500035

抵抗器R1〜R4の幾何学的配置の例は、図16に図示される。   An example of the geometry of resistors R1-R4 is illustrated in FIG.

この幾何学的配置及びシステムの対称性によれば、以下の式が得られる。
ΔR=ΔR=−ΔR=−ΔR=ΔR
そして最終的には:

Figure 2012500035
となる。 With this geometry and system symmetry, the following equation is obtained:
ΔR 1 = ΔR 3 = −ΔR 2 = −ΔR 4 = ΔR
And finally:
Figure 2012500035
It becomes.

ピエゾ抵抗効果は、以下の形をとる。
ΔR/R=Πσ+Πσ
ここで、
Π:縦方向ピエゾ抵抗率
Π:横方向ピエゾ抵抗率
σ:抵抗器に沿った応力
σ:抵抗器に沿った方向に対して(面内で)垂直な方向に沿った応力
The piezoresistive effect takes the following form.
ΔR / R = Π l σ l + Π t σ t
here,
L l : longitudinal piezo resistivity Π t : transverse piezo resistivity σ l : stress along the resistor σ t : stress along the direction perpendicular to the direction along the resistor (in-plane)

シリコン(100)ウェーハ上では、ピエゾ抵抗効果は幾何学的配置依存である。
Π=π11−sin(2θ)(π11−π12−π44)/2
Π=π12+sin(2θ)(π11−π12−π44)/2
ここで、
θ=[100]方向に対する抵抗器の幾何学的配置
π11、π12及びπ44:ピエゾ抵抗率
n−Si:π11=−102.2(×10−11Pa−1
π12=53.4(×10−11Pa−1
π44=−13.6(×10−11Pa−1
p−Si:π11=6.6(×10−11Pa−1
π12=−1.1(×10−11Pa−1
π44=138.1(×10−11Pa−1
(ρn−Si=11.7Ωcm及びρp−Si=7.8Ωcmのとき)
On a silicon (100) wafer, the piezoresistive effect is geometry dependent.
Π l = π 11 -sin 2 ( 2θ) (π 11 -π 12 -π 44) / 2
T t = π 12 + sin 2 (2θ) (π 11 −π 12 −π 44 ) / 2
here,
Geometrical arrangement of resistors with respect to θ = [100] direction π 11 , π 12 and π 44 : Piezoelectric resistivity n-Si: π 11 = −102.2 (× 10 −11 Pa −1 )
π 12 = 53.4 (× 10 −11 Pa −1 )
π 44 = −13.6 (× 10 −11 Pa −1 )
p-Si: π 11 = 6.6 (× 10 −11 Pa −1 )
π 12 = −1.1 (× 10 −11 Pa −1 )
π 44 = 138.1 (× 10 −11 Pa −1 )
(When ρ n-Si = 11.7 Ωcm and ρ p-Si = 7.8 Ωcm)

以下の式が得られる。

Figure 2012500035
The following formula is obtained:
Figure 2012500035

膜の下に正圧を印加することによって、前記信号は正となり、当該信号は以下の式で表せる。

Figure 2012500035
本願出願人の場合では、圧力は、膜の上表面(抵抗器側)に印加され、正圧のための正信号を得るために、Vout+及びVout−の極性を入れ替えるべきである。 By applying a positive pressure under the membrane, the signal becomes positive and can be expressed by the following equation.
Figure 2012500035
In the Applicant's case, pressure should be applied to the top surface of the membrane (resistor side) and the polarity of V out + and V out− should be reversed to obtain a positive signal for positive pressure.

応力は、膜での様々な圧力について予測される。膜のたわみに関する非線形モデルは、たわみが大きい(基板のなしの膜の自由偏位は、その厚さの0.4倍よりも大きい。)ので、必要とされる。   Stress is predicted for various pressures on the membrane. A non-linear model for film deflection is required because the deflection is large (the free deflection of the film without the substrate is greater than 0.4 times its thickness).

FEMシミュレーションは、非線形効果を無視することができることを示し(膜の応力)、したがって、図17に図示されるように、40mbarのときに半径方向位置の関数として上膜表面での曲げ応力を直接予想することができる。大きな膜の直径及び厚さにより、抵抗器での応力変動を無視することができる。   FEM simulations show that non-linear effects can be neglected (membrane stress), and therefore the bending stress at the top membrane surface directly as a function of radial position at 40 mbar, as illustrated in FIG. Can be expected. Due to the large membrane diameter and thickness, the stress variation in the resistor can be ignored.

40mbarのとき、膜のエッジの近くでは以下の値が得られる。

Figure 2012500035
At 40 mbar, the following values are obtained near the edge of the membrane.
Figure 2012500035

R=7.35mmでの圧力によるこの応力の漸進的変化は、図18に図示される。   This gradual change in stress with pressure at R = 7.35 mm is illustrated in FIG.

バイアス1ボルト当たりの検出器信号は、図19に示される。   The detector signal per volt bias is shown in FIG.

図20に図示される、圧力1mbar当たりかつバイアス1ボルト当たりのセンサの感度を示すことも有用である。   It is also useful to show the sensitivity of the sensor per mbar pressure and per volt bias illustrated in FIG.

20mbarのとき、感度Sは約0.5mV/V/mbarである。   At 20 mbar, the sensitivity S is about 0.5 mV / V / mbar.

2Vのバイアスの場合、単純に1mbar当たり1mVである。   For a 2V bias, it is simply 1mV per mbar.

検出器の信号を、簡易な増幅器を使用して問題なく監視することができる。   The detector signal can be monitored without problems using a simple amplifier.

1mbarの最小分解能がこの統合圧力センサに期待される。   A minimum resolution of 1 mbar is expected for this integrated pressure sensor.

図21に図示されるように、流体経路(正確な縮尺でない抵抗器R1〜R4)の外側の相互接続部の位置を部分的に変えることが必要とされる場合がある。   As illustrated in FIG. 21, it may be necessary to partially change the position of the interconnects outside the fluid path (resistors R1-R4 not to scale).

n+層によって覆われない領域ではあらゆる制限がないので、液体と接触しない相互接続部を、p+層の量を増加させることによって金属化し(metallize)又は作ることができる。   Since there are no restrictions in the areas not covered by the n + layer, interconnects that do not come into contact with the liquid can be metallized or made by increasing the amount of p + layer.

相互接続部及び抵抗器の電気絶縁を、さらなる非導電層を介して得ることができる。この新しい層には、検出器のデザイン(膜の剛性の増加等)が考慮されるべきである。   Electrical isolation of the interconnects and resistors can be obtained via a further non-conductive layer. This new layer should take into account the detector design (such as increased membrane stiffness).

本発明による調整器を、この記載及び説明的な制限をしない例からすぐに理解するので、様々な用途及び様々なやり方で使用することができ、所望されるならば、様々な用途に関する様々な実施形態を互いに結合することができる。   The regulator according to the invention will be readily understood from this description and from the non-exclusive examples, so that it can be used in various applications and in various ways and, if desired, for various applications. Embodiments can be combined with each other.

加えて、本発明によるシステムは、通路閉塞を形成する可能性のある粒子に敏感であるおそれがあるので、したがって、装置は、好ましくは、以下のものを含むべきである。
⇒ 入口に位置するフィルタ。
⇒ 蛋白結合を防ぐためのロッド及びシリンダの親水性コーティング(例えばPEG等)。
In addition, since the system according to the present invention may be sensitive to particles that may form a passage blockage, the device should therefore preferably include:
⇒ Filter located at the inlet.
⇒ Hydrophilic coating on rods and cylinders to prevent protein binding (eg PEG).

粒子に対する敏感さは、クリーンルーム内での様々な部品のクリーニング及び装置の組み付けの間に考慮されるべきである。   Particle sensitivity should be considered during cleaning of various parts and assembly of equipment in a clean room.

多くのさらなる特徴を実施することができ、利用の分野を、水頭症治療又は同じ原理の機能を必要とする薬物供給以外の他の用途に、拡張することができる。   Many additional features can be implemented and the field of use can be extended to other applications other than drug delivery requiring the treatment of hydrocephalus or the same principle of function.

当然に、他の寸法を装置の他の用途のために想定してもよく、全ての実施形態は、制限するやり方として解釈されるべきでない説明的な例として示される。   Of course, other dimensions may be envisioned for other uses of the device, and all embodiments are shown as illustrative examples that should not be construed as limiting.

上記で言及されたように、本発明の記載は、薬物供給とCSFを排出するための水頭症シャントとの枠内でなされてきたが、この特殊な用途に制限されず、医療分野での又は他の分野での他の用途を想定してもよい。シリコン膜内部に圧力センサを統合する可能性は、医師が無線システムを使用して外部からCSF圧力を監視することができるので、主な利点である。この装置は、その特定の流れ対圧力の特徴により、受動的かつアンチサイフォン作用的である。劣化しないことが期待される。ウェーハの高さ位置でガス流量計を使用して、この装置を試験することができる。CSFと接触する全ての材料は生体適合材料である。   As mentioned above, the description of the present invention has been made within the framework of drug delivery and hydrocephalus shunts for draining CSF, but is not limited to this special application, and in the medical field or Other applications in other fields may be envisaged. The possibility of integrating a pressure sensor inside the silicon film is a major advantage because the physician can monitor the CSF pressure from the outside using a wireless system. This device is passive and anti-siphonic due to its specific flow versus pressure characteristics. It is expected not to deteriorate. The apparatus can be tested using a gas flow meter at the height of the wafer. All materials that come into contact with the CSF are biocompatible materials.

以前の記載から理解されるように、調整器をチェックバルブとして使用することができる(図14)。調整器を、例えば圧力が所定の高い値に達したときに(膜が完全に変形されるので孔が閉じられたときに)、高圧で閉じるバルブとして使用することもでき、あるいは、変形例において、調整器が高圧でも、すなわち圧力が所定の高い値に達したときにでも開いていることを確保することができる。この趣旨で、室6の側部の近くに少なくとも1つの孔を配置することが必要であり、したがって、膜が完全に変形されたときでも、この孔が(他の孔と同様に)閉じられないことを確保する。理解されるように、調整器の特徴は、孔の位置と孔の数とによって影響される場合がある。   As will be appreciated from the previous description, the regulator can be used as a check valve (FIG. 14). The regulator can also be used as a valve that closes at high pressure, for example when the pressure reaches a predetermined high value (when the hole is closed because the membrane is completely deformed), or in a variant It can be ensured that the regulator is open even at high pressure, i.e. when the pressure reaches a predetermined high value. To this effect, it is necessary to place at least one hole near the side of the chamber 6 and therefore this hole is closed (as with the other holes) even when the membrane is completely deformed. Ensure that there is no. As will be appreciated, the characteristics of the regulator may be affected by the location of the holes and the number of holes.

医療分野では、装置を、必要ならば埋め込み又は埋め込まないことができ、生体適合性材料から作ることができる。当然に、状況に応じて、他の材料を想定することができる。さらに、他の値が可能であり、用途に応じて、所与の例は、ここでは、単に説明的でありかつ制限的でない。   In the medical field, the device can be implanted or not implanted if necessary and can be made from a biocompatible material. Of course, other materials can be envisaged depending on the situation. Furthermore, other values are possible, and depending on the application, a given example is merely illustrative and not restrictive here.

さらに、調整器及び装置のサイズ及び形状を、用途及び所望の効果に応じて、当業者によって望まれるように変えることができる。   In addition, the size and shape of the regulators and devices can be varied as desired by those skilled in the art depending on the application and the desired effect.

例えば、膜の両側の室(図4a、図4b及び図14参照)は、サイズ及び形状において互いに一致し又は異なることができる。   For example, the chambers on either side of the membrane (see FIGS. 4a, 4b and 14) can be identical or different from each other in size and shape.

加えて、圧力閾値(第1の、第2の、所定の高い値)を、調整器の用途及び使用の両方又は一方に応じて、熟練者によって選択し判断することができる。   In addition, the pressure threshold (first, second, predetermined high value) can be selected and determined by the skilled worker depending on the application and / or use of the regulator.

使用される材料は、調整器の意図した使用に適したあらゆるタイプであることができる。当該材料は、埋め込み可能な装置の場合には、生体適合材料である。当該材料は、特殊な処理を受けることができ、当該材料を、物質例えば親水性物質で覆うことができる。   The material used can be of any type suitable for the intended use of the regulator. The material is a biocompatible material in the case of an implantable device. The material can be subjected to a special treatment and the material can be covered with a substance, for example a hydrophilic substance.

Claims (27)

流体貯留槽に接続されるのに適した流体入口と、供給場所に接続されるのに適した流体出口(13)とを有する、受動タイプの流体流れ調整器(1)であって、
前記調整器が、剛基板(2)及び弾性膜(3)を具備し、これらが、前記剛基板と前記弾性膜との間に室(6)を画定するように所定の連結部分(4)で共に固く連結され、
前記室(6)が、前記流体出口(13)に接続される一方で、前記膜(3)が、前記流体入口に接続される前記室(6)の反対側に第1の表面(12)を有し、
前記膜(6)が、前記流体入口から前記流体出口(13)への流体のための経路を画定するために、前記室と隣接する貫通孔(15)を有し、流体が第1の所定の閾値よりも大きい圧力を前記第1の表面(12)に印加した場合に、前記室(6)内部で前記貫通孔(15)を含む部分と共に前記基板(2)と接触することができるように柔軟であり、それにより、流体が前記貫通孔(15)を通過して流れることを防ぐ、
前記調整器において、
前記膜(2)が、前記室(6)と隣接する少なくとも1つのさらなる貫通孔(15)を具備し、
前記さらなる貫通孔(15)が、流体が前記第1の所定の閾値よりも大きいが第2の所定の閾値よりも小さい圧力を前記第1の表面(12)に印加する場合に、前記流体が、当該さらなる貫通孔を通過して流れることができるように構成され、
前記膜(3)及び前記さらなる貫通孔(15)がさらに、流体流量がおよそ前記第1の所定の閾値から前記第2の所定の閾値までの範囲内で前記第1の表面(12)に印加される圧力の関数としてほぼ線形であるように構成された、
前記調整器。
A passive type fluid flow regulator (1) having a fluid inlet suitable for being connected to a fluid reservoir and a fluid outlet (13) suitable for being connected to a supply location,
The adjuster comprises a rigid substrate (2) and an elastic membrane (3), which are connected to a predetermined connecting part (4) so as to define a chamber (6) between the rigid substrate and the elastic membrane. Are firmly connected together,
The chamber (6) is connected to the fluid outlet (13) while the membrane (3) is on the opposite side of the chamber (6) connected to the fluid inlet the first surface (12). Have
The membrane (6) has a through hole (15) adjacent to the chamber to define a path for fluid from the fluid inlet to the fluid outlet (13), wherein the fluid is a first predetermined fluid. When a pressure larger than the threshold value is applied to the first surface (12), the substrate (2) can be brought into contact with the portion including the through hole (15) inside the chamber (6). To prevent fluid from flowing through the through-hole (15),
In the regulator,
The membrane (2) comprises at least one further through-hole (15) adjacent to the chamber (6);
When the further through-hole (15) applies a pressure to the first surface (12) where the fluid is greater than the first predetermined threshold but less than a second predetermined threshold, Configured to be able to flow through the further through hole,
The membrane (3) and the further through-hole (15) are further applied to the first surface (12) with a fluid flow rate approximately in the range from the first predetermined threshold to the second predetermined threshold. Configured to be approximately linear as a function of pressure being
The regulator.
前記膜(3)が、前記室(6)と隣接するn個のさらなる貫通孔(15)を具備し、
各j番目のさらなる貫通孔が、流体がj番目の所定の閾値よりも大きいが(j+1)番目の所定の閾値よりも小さい圧力を前記第1の表面(12)に印加する場合に、前記流体がj番目のさらなる貫通孔を通過して流れることができるように構成され、
前記膜及び前記n個のさらなる貫通孔がさらに、流体流量がおよそ前記第1の所定の閾値から(n+1)番目の前記所定の閾値までの範囲内で前記第1の表面に印加される圧力の関数としてほぼ線形であるように構成される、
請求項1に記載の調整器(1)。
The membrane (3) comprises n further through-holes (15) adjacent to the chamber (6);
Each jth further through-hole applies the fluid to the first surface (12) with a pressure greater than the jth predetermined threshold but less than the (j + 1) th predetermined threshold. Is configured to flow through the j th further through hole,
The membrane and the n additional through-holes further provide a pressure applied to the first surface within a fluid flow rate range of approximately the first predetermined threshold to the (n + 1) th predetermined threshold. Configured to be approximately linear as a function,
The regulator (1) according to claim 1.
各前記貫通孔(15)が、前記流体流量がほぼ一定であるように、およそ前記第1の所定の閾値から各前記貫通孔の対応する所定の上方閾値までの圧力範囲内で前記第1の表面(12)に印加される圧力の関数として線形に増加する流体抵抗を有するように構成される、
請求項2に記載の調整器(1)。
Each of the through holes (15) has the first flow rate within a pressure range from approximately the first predetermined threshold to a corresponding predetermined upper threshold of each through hole so that the fluid flow rate is substantially constant. Configured to have a fluid resistance that increases linearly as a function of the pressure applied to the surface (12),
The regulator (1) according to claim 2.
前記貫通孔(15)が、鋭いエッジがない形状を有する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の調整器(1)。
The through hole (15) has a shape without sharp edges;
The regulator (1) according to any one of claims 1 to 3.
各前記貫通孔(15)が、円形、楕円形、長楕円形及び細長い形状などの形状を有することのできる、
請求項4に記載の調整器(1)。
Each of the through holes (15) can have a shape such as a circle, an ellipse, an oblong and an elongated shape,
The regulator (1) according to claim 4.
前記貫通孔(15)が、らせん曲線に沿って前記膜(3)にわたって分布される、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の調整器(1)。
The through holes (15) are distributed across the membrane (3) along a helical curve;
The regulator (1) according to any one of claims 1 to 5.
前記貫通孔(15)が、一連(602,603,604)の形に配置され、
前記調整器(1)が、少なくとも第1の位置及び第2の位置の間で移動可能であるように、前記膜(600,700)に対して配置される閉塞要素(610,710)を具備し、
前記閉塞要素が、
少なくとも1つの開口(612,712)を有し、
前記第1の位置で少なくとも1つの前記一連の貫通孔を選択的に塞ぐことができ、かつ前記一連の貫通孔と前記開口を一致させることによって前記第2の位置で前記一連の貫通孔を開かせることができるように構成される、
請求項2〜6のいずれか1項に記載の調整器。
The through holes (15) are arranged in a series (602, 603, 604);
The regulator (1) comprises an occluding element (610, 710) disposed relative to the membrane (600, 700) such that the adjuster (1) is movable between at least a first position and a second position. And
The occlusive element is
Having at least one opening (612, 712);
At least one of the series of through-holes can be selectively blocked at the first position, and the series of through-holes are opened at the second position by matching the series of through-holes with the opening. Configured to be able to
The regulator of any one of Claims 2-6.
前記閉塞要素が、前記膜上で回転可能な薄フィルムである、
請求項7に記載の調整器。
The occlusive element is a thin film rotatable on the membrane;
The regulator according to claim 7.
前記閉塞要素(610,710)が、流体流量、温度、流体粘度又は流体特性を含むグループ内のパラメータのいずれか又は当該パラメータの任意の組み合わせを調節する少なくとも2つの互いに異なる位置同士の間で回転可能であるように構成される、
請求項7又は8に記載の調整器。
The occlusion element (610, 710) rotates between at least two different positions that adjust any one or any combination of parameters within a group including fluid flow rate, temperature, fluid viscosity or fluid properties. Configured to be possible,
The regulator according to claim 7 or 8.
調整器が、さらなる剛基板(420,520)を具備し、
当該さらなる剛基板が、さらなる剛基板(420,520)と前記弾性膜(401,501)との間にさらなる室(406,506)を画定するように前記第1の表面側の所定の連結部分で前記弾性膜(401,501)に固く連結され、
各さらなる剛基板が、対応する室と接続される入口/出口孔(421,521)を有する、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の調整器。
The conditioner comprises a further rigid substrate (420, 520);
A predetermined connecting portion on the first surface side such that the further rigid substrate defines a further chamber (406, 506) between the further rigid substrate (420, 520) and the elastic membrane (401, 501); Is firmly connected to the elastic membrane (401, 501),
Each additional rigid substrate has an inlet / outlet hole (421, 521) connected to a corresponding chamber;
The regulator of any one of Claims 1-6.
前記基板及び前記膜の両方が、少なくとも前記結合部分(4)で0.5〜100nmRMSの範囲の粗さを有する、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の調整器。
Both the substrate and the film have a roughness in the range of 0.5-100 nm RMS at least at the binding portion (4);
The regulator of any one of Claims 1-10.
前記室(6)内で前記貫通孔(15)の前に少なくとも1つの柱(803)を具備する、
請求項1〜11のいずれか1項に記載の調整器。
Comprising at least one pillar (803) in front of the through hole (15) in the chamber (6);
The regulator of any one of Claims 1-11.
前記貫通孔(15)の反対側に少なくとも1つのさらなる柱(808)を具備する、
請求項12に記載の調整器。
Comprising at least one further column (808) on the opposite side of the through-hole (15);
The regulator according to claim 12.
前記貫通孔(15)の反対側のさらなる柱(808)が、チェックバルブを作るように膜と接触する、
請求項13に記載の調整器。
An additional column (808) opposite the through-hole (15) is in contact with the membrane to create a check valve;
The regulator according to claim 13.
膜(3)及び柱(803,808)の両方又は一方の上に接合防止層を具備する、
請求項1〜14のいずれか1項に記載の調整器。
Comprising an anti-bonding layer on both or one of the membrane (3) and the pillars (803, 808),
The regulator of any one of Claims 1-14.
前記圧力が所定の高い値に達したときに閉じる、
請求項1〜15のいずれか1項に記載の調整器。
Closing when the pressure reaches a predetermined high value,
The regulator according to any one of claims 1 to 15.
前記圧力が所定の高い値に達したときでも開いたままである、
請求項1〜15のいずれか1項に記載の調整器。
Remains open even when the pressure reaches a predetermined high value,
The regulator according to any one of claims 1 to 15.
膜の変形を測定するための手段を具備する、
請求項1〜17のいずれか1項に記載の調整器。
Comprising means for measuring the deformation of the membrane;
The regulator of any one of Claims 1-17.
粒子フィルタを具備する、
請求項1〜18のいずれか1項に記載の調整器。
Comprising a particle filter,
The regulator according to any one of claims 1 to 18.
流体と接触する部品が、親水性物質で覆われている、
請求項1〜19のいずれか1項に記載の調整器。
The part that comes into contact with the fluid is covered with a hydrophilic substance,
The regulator according to any one of claims 1 to 19.
変形センサが、外部の手段により電力供給され監視される、
請求項1〜20のいずれか1項に記載の調整器。
The deformation sensor is powered and monitored by external means,
The regulator according to any one of claims 1 to 20.
請求項1〜21のいずれかによる流体流れ調整器(1)の製作のための方法であって、
a)弾性膜(3)を提供する段階、
b)前記弾性膜の第1の表面(12)に犠牲層を適用する段階、
c)前記膜で複数の孔をエッチングする段階であって、前記犠牲層がエッチング停止作用を画定する段階、
d)前記犠牲層にさらなる層を適用する段階、
e)前記孔内部の前記犠牲層を取り除く段階、
f)前記膜と剛基板(2)との間に室(6)を画定するように、前記膜の前記第1の表面とは反対側の所定の結合部分(4)で剛基板(2)と前記膜とを組み付ける段階、
g)前記膜内の貫通孔(15)を仕上げるように所定の位置で前記さらなる層を除去する段階、
から構成される段階を含む、
方法。
A method for the production of a fluid flow regulator (1) according to any of the preceding claims,
a) providing an elastic membrane (3);
b) applying a sacrificial layer to the first surface (12) of the elastic membrane;
c) etching a plurality of holes in the membrane, wherein the sacrificial layer defines an etch stop;
d) applying a further layer to the sacrificial layer;
e) removing the sacrificial layer inside the hole;
f) The rigid substrate (2) at a predetermined coupling portion (4) opposite the first surface of the membrane so as to define a chamber (6) between the membrane and the rigid substrate (2). Assembling the membrane with the membrane,
g) removing the further layer in place so as to finish through-holes (15) in the membrane;
Including a stage consisting of:
Method.
段階e)及び段階g)が同時に行われる、
請求項22に記載の方法。
Step e) and step g) are performed simultaneously,
The method of claim 22.
前記さらなる層が、吹き付け、スピニング加工又はラミネーションによって適用される重合体層である、
請求項22又は23に記載の方法。
The further layer is a polymer layer applied by spraying, spinning or lamination,
24. A method according to claim 22 or 23.
前記基板が、柱及び出口孔を生成するようにエッチングされる、
請求項22〜24のいずれか1項に記載の方法。
The substrate is etched to produce pillars and exit holes;
25. A method according to any one of claims 22 to 24.
薬物貯留槽を具備する薬物注入装置であって、
薬物貯留槽が、
請求項1〜21のいずれかによる流体流れ調整器(1)と、
患者の体内に薬物を供給するための注入手段と、
に接続される、
薬物注入装置。
A drug injection device comprising a drug reservoir,
The drug reservoir
A fluid flow regulator (1) according to any of claims 1 to 21;
Infusion means for delivering a drug into the patient's body;
Connected to the
Drug infusion device.
請求項1〜21のうちの1項で画定される少なくとも1つの調整器を具備する水頭症用自動調整バルブ。   An automatic adjustment valve for hydrocephalus comprising at least one regulator defined in one of claims 1 to 21.
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